JP5223832B2

JP5223832B2 - Internal structure measuring method and internal structure measuring device

Info

Publication number: JP5223832B2
Application number: JP2009223000A
Authority: JP
Inventors: 武志添田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-09-28
Also published as: JP2011069786A

Description

本発明は、内部構造測定方法及び内部構造測定装置に関するものである。 The present invention relates to an internal structure measuring method and an internal structure measuring apparatus.

Ｓｉウエハにおける欠陥や、電子デバイス等の試料の内部における構造を測定する場合においては、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）等が用いられる。しかしながら、ＴＥＭ等を用いて観察を行う場合においては、測定するための試料を破壊する必要がある。 When measuring defects in a Si wafer or a structure inside a sample such as an electronic device, a TEM (Transmission Electron Microscope) or the like is used. However, when observing using TEM or the like, it is necessary to destroy the sample for measurement.

このため、試料を破壊することなく、Ｓｉウエハにおける欠陥や、電子デバイス等の内部における構造を測定する方法が求められており、このような内部構造測定方法としては、Ｘ線や超音波を用いた顕微鏡が存在している。しかしながら、Ｘ線や超音波を用いた顕微鏡における分解能は数百ｎｍであり、Ｓｉウエハにおける欠陥はより細かいものが存在しており、電子デバイス等においてもより細かい測定が必要となる場合がある。例えば、超音波を用いた顕微鏡としては、超音波顕微鏡法、超音波力顕微鏡法及び走査型近視野超音波法があるが、試料の内部の奥の欠陥や構造については十分測定を行うことができない。 For this reason, there is a need for a method for measuring defects in Si wafers and structures inside electronic devices without destroying the sample. As such internal structure measuring methods, X-rays and ultrasonic waves are used. The microscope that existed exists. However, the resolution in a microscope using X-rays or ultrasonic waves is several hundred nm, and there are finer defects in the Si wafer, and finer measurement may be required even in electronic devices and the like. For example, as a microscope using ultrasonic waves, there are ultrasonic microscopy, ultrasonic force microscopy, and scanning near-field ultrasound. However, it is possible to sufficiently measure defects and structures inside the sample. Can not.

特許第２７３０６７３号公報Japanese Patent No. 2730673 特表２００９−５１１８７６号公報Special table 2009-511876

このため、試料を破壊することなく試料の内部構造を高分解能で測定することができる内部構造測定方法及び内部構造測定装置が望まれている。 For this reason, an internal structure measuring method and an internal structure measuring apparatus that can measure the internal structure of a sample with high resolution without destroying the sample are desired.

本実施の形態の一観点によれば、試料の共振周波数ｆ１を測定する共振周波数測定工程と、前記試料の共振周波数ｆ１により前記試料を振動させ、前記試料に接触させたカンチレバを介し前記試料における表面振動の分布を計測する表面計測工程と、前記試料における表面振動の分布に基づき前記試料のＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２を算出する共振周波数算出工程と、前記共振周波数ｆ１と前記共振周波数ｆ２とを比較する共振周波数比較工程と、を有し、共振周波数比較工程において、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しくない場合には、前記試料の表面振動の分布に基づき前記ＦＥＭ計算モデルに変更を加えて再度共振周波数算出工程及び共振周波数比較工程を行い、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しい場合には、前記ＦＥＭ計算モデルを前記試料の構造とみなすことを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, a resonance frequency measurement step of measuring the resonance frequency f1 of the sample, and the sample is vibrated by the resonance frequency f1 of the sample, and the cantilever that is in contact with the sample is contacted with the sample. A surface measurement step for measuring a distribution of surface vibrations, a FEM calculation model for the sample based on a distribution of surface vibrations in the sample, a resonance frequency calculation step for calculating a resonance frequency f2 in the FEM calculation model, and the resonance A resonance frequency comparison step of comparing the frequency f1 and the resonance frequency f2, and in the resonance frequency comparison step, if the value of the resonance frequency f1 and the value of the resonance frequency f2 are not substantially equal, Based on the distribution of the surface vibration of the sample, the FEM calculation model is changed and the resonance frequency calculation step and the resonance frequency comparison step are performed again. , Wherein when the value of the resonant frequency f1 and the value of the resonant frequency f2 is approximately equal, characterized in that the FEM calculation model regarded as the structure of the sample.

また、本実施の形態の他の観点によれば、試料の共振周波数ｆ１を測定する共振周波数測定工程と、前記試料に接触させたカンチレバを介し前記試料の表面状態を計測する第１の表面計測工程と、前記試料の共振周波数ｆ１により前記試料を振動させ、前記試料の表面と一定の距離離した状態で、前記カンチレバを介し前記試料における表面振動の分布を計測する第２の表面計測工程と、前記試料における表面振動の分布に基づき前記試料のＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２を算出する共振周波数算出工程と、前記共振周波数ｆ１と前記共振周波数ｆ２とを比較する共振周波数比較工程と、を有し、共振周波数比較工程において、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しくない場合には、前記試料の表面振動の分布に基づき前記ＦＥＭ計算モデルに変更を加え再度共振周波数算出工程及び共振周波数比較工程を行い、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しい場合には、前記ＦＥＭ計算モデルを前記試料の構造とみなすことを特徴とする。 According to another aspect of the present embodiment, a resonance frequency measurement step for measuring the resonance frequency f1 of the sample, and a first surface measurement for measuring the surface state of the sample via a cantilever brought into contact with the sample. And a second surface measurement step of measuring the distribution of surface vibrations in the sample via the cantilever in a state where the sample is vibrated by the resonance frequency f1 of the sample and is separated from the surface of the sample by a certain distance; The FEM calculation model of the sample is created based on the surface vibration distribution in the sample, and the resonance frequency calculation step of calculating the resonance frequency f2 in the FEM calculation model is compared with the resonance frequency f1 and the resonance frequency f2. A resonance frequency comparison step, and in the resonance frequency comparison step, the value of the resonance frequency f1 is not substantially equal to the value of the resonance frequency f2. In this case, the FEM calculation model is changed based on the surface vibration distribution of the sample and the resonance frequency calculation step and the resonance frequency comparison step are performed again, and the values of the resonance frequency f1 and the resonance frequency f2 are substantially equal. If equal, the FEM calculation model is regarded as the structure of the sample.

また、本実施の形態の他の観点によれば、試料を前記試料の共振周波数ｆ１により共振させる振動部と、前記試料の表面に接触または前記試料の表面より一定距離離れた状態で、前記試料の表面振動の分布を計測するためのカンチレバと、前記試料の表面振動の分布に基づき前記試料におけるＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２及び前記ＦＥＭ計算モデルにおける表面振動の分布を算出する算出部と、前記試料の共振周波数ｆ１と前記算出部において算出した共振周波数ｆ２とを比較する比較判定部と、を有することを特徴とする。 According to another aspect of this embodiment, a vibration unit for resonating the sample by resonance frequency f1 of the sample, in a state in which a certain distance from the front surface of the contact or the sample surface of the sample, the A cantilever for measuring the surface vibration distribution of the sample and an FEM calculation model for the sample based on the surface vibration distribution of the sample are created. It has a calculation part which calculates distribution, and a comparison judgment part which compares resonance frequency f1 of the sample and resonance frequency f2 calculated in the calculation part.

開示の内部構造測定方法及び内部構造測定装置によれば、試料を破壊することなく試料の内部構造を高分解能で測定することができる。 According to the disclosed internal structure measuring method and internal structure measuring apparatus, the internal structure of the sample can be measured with high resolution without destroying the sample.

第１の実施の形態における内部構造測定装置の構成図Configuration diagram of internal structure measuring apparatus according to the first embodiment 第１の実施の形態における内部構造測定装置において測定した表面振動の分布図Distribution diagram of surface vibration measured by internal structure measuring apparatus in first embodiment 第１の実施の形態における内部構造測定方法のフローチャートFlowchart of internal structure measuring method in the first embodiment 第１の実施の形態における内部構造測定方法の説明図（１）Explanatory drawing (1) of the internal structure measuring method in 1st Embodiment 第１の実施の形態における内部構造測定方法の説明図（２）Explanatory drawing (2) of the internal structure measuring method in 1st Embodiment 第２の実施の形態における内部構造測定方法のフローチャートFlowchart of internal structure measurement method in second embodiment 第２の実施の形態における内部構造測定方法の説明図（１）Explanatory drawing (1) of the internal structure measuring method in 2nd Embodiment 第２の実施の形態における内部構造測定方法の説明図（２）Explanatory drawing (2) of the internal structure measuring method in 2nd Embodiment

実施するための形態について、以下に説明する。 The form for implementing is demonstrated below.

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態について説明する。本実施の形態における内部構造測定装置及び内部構造測定方法は、Ｓｉウエハにおける欠陥や、電子デバイス等の内部における構造を高い分解能で測定することができるものである。 [First Embodiment]
A first embodiment will be described. The internal structure measuring apparatus and the internal structure measuring method in the present embodiment can measure a defect in an Si wafer and an internal structure of an electronic device or the like with high resolution.

（内部構造測定装置）
最初に、図１に基づき本実施の形態における内部構造測定装置について説明する。本実施の形態における内部構造測定装置は、内部構造を測定する試料１１を設置するための試料設置部１２、振動部１３、３次元ステージ１４、カンチレバ１５、レーザ光源１６、光検出器１７、励振部１８を有している。 (Internal structure measuring device)
First, the internal structure measuring apparatus in the present embodiment will be described based on FIG. The internal structure measuring apparatus according to the present embodiment includes a sample setting unit 12, a vibrating unit 13, a three-dimensional stage 14, a cantilever 15, a laser light source 16, a photodetector 17, and excitation for setting a sample 11 for measuring the internal structure. A portion 18 is provided.

振動部１３は、試料１１を振動するためのものであり、後述する高周波信号発生器２２より供給される超音波により試料１１を振動させるものである。 The vibrating unit 13 is for vibrating the sample 11 and vibrates the sample 11 with ultrasonic waves supplied from a high-frequency signal generator 22 described later.

３次元ステージ１４は、試料１１を３次元方向に移動させるものである。このため、３次元ステージ１４には、試料１１をＸＹ軸方向に移動させるためのＸＹ軸駆動回路１９及び、Ｚ軸方向に移動させるためのＺ軸駆動回路２０が接続されている。 The three-dimensional stage 14 moves the sample 11 in a three-dimensional direction. Therefore, an XY axis drive circuit 19 for moving the sample 11 in the XY axis direction and a Z axis drive circuit 20 for moving the sample 11 in the Z axis direction are connected to the three-dimensional stage 14.

カンチレバ１５は、試料１１の表面状態の計測及び試料１１における振動を検出するためのものである。具体的には、走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope；ＳＰＭ）等において用いられるカンチレバである。尚、カンチレバ１５により、試料１１における振動を検出する際には、試料１１とカンチレバ１５の先端との間における空気を介し、振動を検出する。 The cantilever 15 is for measuring the surface state of the sample 11 and detecting vibration in the sample 11. Specifically, it is a cantilever used in a scanning probe microscope (SPM) or the like. When the cantilever 15 detects the vibration in the sample 11, the vibration is detected through the air between the sample 11 and the tip of the cantilever 15.

レーザ光源１６は、カンチレバ１５の振動を検出するためのものである。即ち、レーザ光源１６からのレーザ光をカンチレバ１５の背面（試料１１と接触している側と反対側の面）に照射し、照射されたたレーザ光は、カンチレバ１５の背面において反射され光検出器１７に入射し検出される。振動検出部２１では、光検出器１７に入射した光に基づき、カンチレバ１５における振動の検出がなされる。これによりカンチレバ１５を介し試料１１の表面状態等を計測することができる。 The laser light source 16 is for detecting the vibration of the cantilever 15. That is, the laser light from the laser light source 16 is irradiated on the back surface of the cantilever 15 (the surface opposite to the side in contact with the sample 11), and the irradiated laser light is reflected on the back surface of the cantilever 15 to detect light. It enters the detector 17 and is detected. In the vibration detection unit 21, vibration in the cantilever 15 is detected based on the light incident on the photodetector 17. Thereby, the surface state of the sample 11 can be measured via the cantilever 15.

励振部１８は、必要に応じてカンチレバ１５を高周波、例えば、１００ｋＨｚで振動させるためのものである。 The excitation unit 18 is for vibrating the cantilever 15 at a high frequency, for example, 100 kHz as necessary.

また、振動部１３と励振部１８は、高周波信号発生器２２に接続されている。高周波信号発生器２２は、任意の高周波信号を発生させることが可能であり、振動部１３及び励振部１８を独立して各々所望の周波数により振動させることができる。 Further, the vibration unit 13 and the excitation unit 18 are connected to a high-frequency signal generator 22. The high frequency signal generator 22 can generate an arbitrary high frequency signal, and can independently vibrate the vibration unit 13 and the excitation unit 18 at a desired frequency.

また、ＸＹ軸駆動回路１９、Ｚ軸駆動回路２０及び高周波信号発生器２２は装置制御部２３に接続されており、各々の制御がなされる。更に、装置制御部２３は振動検出部２１とともに処理部２４に接続されている。 Further, the XY axis drive circuit 19, the Z axis drive circuit 20, and the high frequency signal generator 22 are connected to the apparatus control unit 23, and are controlled by each. Further, the apparatus control unit 23 is connected to the processing unit 24 together with the vibration detection unit 21.

処理部２４は計算部２５と比較判定部２６とを有している。計算部２５では、ＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）による計算及び必要に応じてＦＥＭ計算モデルを作成する機能を有している。また、比較判定部２６では、例えば、計算部２５により得られた試料１１の共振周波数と、実際に測定された試料１１の共振周波数とを比較し、計算部２５により得られた試料１１の共振周波数が所定の範囲内にあるか否かを判断する機能を有している。尚、比較判定部２６では、共振周波数のみにより判断するだけではなく、計算結果と実際の測定結果とを二次元のビットマップに展開し、比較し判断する機能をも有していてもよい。 The processing unit 24 includes a calculation unit 25 and a comparison determination unit 26. The calculation unit 25 has a function of calculating by FEM (Finite Element Method) and creating an FEM calculation model as necessary. In the comparison / determination unit 26, for example, the resonance frequency of the sample 11 obtained by the calculation unit 25 is compared with the resonance frequency of the sample 11 actually measured, and the resonance of the sample 11 obtained by the calculation unit 25 is compared. It has a function of determining whether or not the frequency is within a predetermined range. Note that the comparison / determination unit 26 may have a function of not only determining the resonance frequency alone but also developing the calculation result and the actual measurement result in a two-dimensional bitmap to compare and determine.

また、装置制御部２３にはハードディスクドライブ等の記録部２７が接続されており、測定された情報等を記録することができる。また、処理部２４には、モニタ等の表示部２８が接続されており、各種情報を表示することが可能である。 In addition, a recording unit 27 such as a hard disk drive is connected to the device control unit 23 and can record measured information and the like. In addition, a display unit 28 such as a monitor is connected to the processing unit 24, and various information can be displayed.

本実施の形態における内部構造測定装置では、振動部１３により、試料１１の共振周波数により振動させる。尚、試料１１等を構成する構造物において、「質量」と「剛性」のみで定まる値を固有モードまたは共振モードと呼ぶ。共振モードにおける固有値は、外力における影響を受けない値であり、試料１１となる構造物の大きさ、形状及び機械的物性値等に依存するものであり、試料１１となる構造物特有の動的特性を表す値である。一般的には、このような共振モードのことを「固有振動数」または「共振周波数」と呼ぶ。本実施の形態では、共振周波数により試料１１を振動させるものであるため、試料１１内部においても超音波は減衰することがない。従って、内部における欠陥や構造を高い分解能で測定することができる。 In the internal structure measuring apparatus according to the present embodiment, the vibration unit 13 causes the sample 11 to vibrate at the resonance frequency. In the structure constituting the sample 11 and the like, a value determined only by “mass” and “rigidity” is called an eigenmode or a resonance mode. The eigenvalue in the resonance mode is a value that is not affected by the external force, depends on the size, shape, mechanical property value, and the like of the structure serving as the sample 11, and is dynamic specific to the structure serving as the sample 11. It is a value that represents a characteristic. In general, such a resonance mode is referred to as “natural frequency” or “resonance frequency”. In the present embodiment, since the sample 11 is vibrated by the resonance frequency, the ultrasonic wave is not attenuated even inside the sample 11. Therefore, internal defects and structures can be measured with high resolution.

図２に、振動部１３により試料１１を共振周波数により振動させた場合における試料１１の表面振動の分布図を示す。試料１１は共振周波数により振動しているため、試料１１の表面には振幅の小さい領域（ＭＩＮ）と振幅が大きい領域（ＭＡＸ）とが形成され、試料１１の表面振動の振幅を高い分解能で検出することができる。 FIG. 2 shows a distribution diagram of the surface vibration of the sample 11 when the sample 11 is vibrated at the resonance frequency by the vibration unit 13. Since the sample 11 vibrates at the resonance frequency, a region with a small amplitude (MIN) and a region with a large amplitude (MAX) are formed on the surface of the sample 11, and the surface vibration amplitude of the sample 11 is detected with high resolution. can do.

（内部構造測定方法）
次に、図３に基づき本実施の形態における内部構造測定方法について説明する。本実施の形態における内部構造測定方法は、試料１１の表面にカンチレバ１５を接触させて測定する方法であり、表面が比較的平坦な形状の試料１１の測定に適した測定方法である。 (Internal structure measurement method)
Next, the internal structure measuring method in the present embodiment will be described based on FIG. The internal structure measurement method according to the present embodiment is a method in which the cantilever 15 is brought into contact with the surface of the sample 11 and is a measurement method suitable for measuring the sample 11 having a relatively flat surface.

最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、基準となる基準試料の共振周波数を測定する。具体的には、基準となる基準試料に印加される超音波を低周波から高周波に変化させ、レーザドップラ計測器により、振幅が最大になる周波数を共振周波数とし、共振周波数ｆ０を測定する。尚、基準試料の共振周波数の測定は、図１に示す内部構造測定装置においても行うことが可能である。具体的には、基準試料を試料設置部１２に設置し、高周波信号発生部２２からの超音波に基づき振動部１３を振動させ、これに伴い基準試料を振動させる。この際、装置制御部２３において高周波信号発生部２２を制御することにより、高周波信号発生部２２より発生させる超音波を低周波から高周波へと変化させる。基準試料の表面振動がカンチレバ１５に伝達され、基準試料における振幅が最大となる周波数を共振周波数とし、共振周波数ｆ０を得ることができる。また、本実施の形態では、基準試料としては、欠陥等のないシリコン基板等が用いられる。 First, in step 102 (S102), the resonance frequency of a reference sample serving as a reference is measured. Specifically, the ultrasonic wave applied to the reference sample serving as a reference is changed from a low frequency to a high frequency, and the resonance frequency f0 is measured by using a laser Doppler measuring instrument as the resonance frequency. Note that the resonance frequency of the reference sample can also be measured by the internal structure measuring apparatus shown in FIG. Specifically, the reference sample is set on the sample setting unit 12, and the vibrating unit 13 is vibrated based on the ultrasonic wave from the high frequency signal generating unit 22, and the reference sample is vibrated accordingly. At this time, the apparatus control unit 23 controls the high frequency signal generation unit 22 to change the ultrasonic wave generated from the high frequency signal generation unit 22 from a low frequency to a high frequency. The surface vibration of the reference sample is transmitted to the cantilever 15, and the resonance frequency f0 can be obtained by setting the frequency at which the amplitude in the reference sample is maximum as the resonance frequency. In this embodiment, a silicon substrate or the like having no defect is used as the reference sample.

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、測定試料となる試料１１の共振周波数を測定する。具体的には、ステップ１０２と同様の方法、即ち、レーザドップラ計測器を用いた方法または、図１に示す内部構造測定装置を用いた方法により試料１１の共振周波数ｆ１を測定する。尚、試料１１は、測定対象となるものであり、例えば、欠陥等が含まれている可能性のあるシリコン基板や、シリコン基板上に成膜等されているものが含まれている場合がある。 Next, in step 104 (S104), the resonance frequency of the sample 11 serving as a measurement sample is measured. Specifically, the resonance frequency f1 of the sample 11 is measured by the same method as in step 102, that is, a method using a laser Doppler measuring instrument or a method using the internal structure measuring apparatus shown in FIG. Note that the sample 11 is a measurement target, and may include, for example, a silicon substrate that may contain a defect or the like, or a film that is formed on the silicon substrate. .

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、測定試料である試料１１の内部に欠陥等が存在しているか否かが判断される。具体的には、基準試料の共振周波数ｆ０と試料１１の共振周波数ｆ１とが略一致している場合には、試料１１の内部には欠陥等が存在していないものと判断され、終了する。一方、基準試料の共振周波数ｆ０と試料１１の共振周波数ｆ１とが略一致していない場合には、試料１１の内部には欠陥等が存在しているものと判断され、試料１１の内部構造を測定するためステップ１０８に移行する。 Next, in step 106 (S106), it is determined whether or not a defect or the like exists in the sample 11 that is a measurement sample. Specifically, when the resonance frequency f0 of the reference sample and the resonance frequency f1 of the sample 11 substantially coincide with each other, it is determined that there is no defect or the like inside the sample 11, and the process ends. On the other hand, when the resonance frequency f0 of the reference sample and the resonance frequency f1 of the sample 11 do not substantially coincide with each other, it is determined that a defect or the like exists in the sample 11, and the internal structure of the sample 11 is determined. The process proceeds to step 108 for measurement.

次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、試料１１における表面振動の分布図を得る（共振モード測定）。具体的には、共振周波数ｆ１により試料１１を振動させ、試料１１の表面上において、カンチレバ１５を接触させて２次元的に計測することにより、試料１１の表面振動の分布図を得る。本実施の形態では、ステップ１０４において得られた試料１１における共振周波数ｆ１である２．４３ＭＨｚにより、試料１１を振動させることにより、図２に示すような試料１１の表面振動の分布図を得る。 Next, in step 108 (S108), a distribution diagram of surface vibrations in the sample 11 is obtained (resonance mode measurement). Specifically, the sample 11 is vibrated at the resonance frequency f1, and the cantilever 15 is brought into contact with the surface of the sample 11 to perform two-dimensional measurement, thereby obtaining a surface vibration distribution map of the sample 11. In the present embodiment, the sample 11 is vibrated at 2.43 MHz, which is the resonance frequency f1 of the sample 11 obtained in step 104, to obtain a distribution diagram of the surface vibration of the sample 11 as shown in FIG.

次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、ＦＥＭ計算モデルを作成する。具体的には、ボイド等の欠陥が含まれている場合には、一般に、基準試料の共振周波数ｆ０と試料１１の共振周波数ｆ１とは異なる値となり、また、試料１１の表面振動の分布図において、非対称となる領域を有するパターンとなる。このため、処理部２４または処理部２４内の計算部２５において、試料１１の共振周波数ｆ１及び試料１１の表面振動の分布図に適合するように、ボイド等の欠陥の大きさ及び構造、欠陥濃度を選定しＦＥＭ計算モデルを作成する。 Next, in step 110 (S110), an FEM calculation model is created. Specifically, when defects such as voids are included, generally, the resonance frequency f0 of the reference sample and the resonance frequency f1 of the sample 11 are different from each other, and in the distribution diagram of the surface vibration of the sample 11 A pattern having an asymmetric region is obtained. Therefore, in the processing unit 24 or the calculation unit 25 in the processing unit 24, the size and structure of defects such as voids and the defect concentration so as to match the distribution diagram of the resonance frequency f1 of the sample 11 and the surface vibration of the sample 11. Is selected and an FEM calculation model is created.

次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数を算出する。具体的には、計算部２５において、ステップ１１０において作成したＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２を算出し、更には、必要に応じてＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布図を得る。 Next, in step 112 (S112), the resonance frequency in the FEM calculation model is calculated. Specifically, the calculation unit 25 calculates the resonance frequency f2 in the FEM calculation model created in step 110, and further obtains a surface vibration distribution map of the FEM calculation model as necessary.

次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）において、実測値である試料１１の共振周波数ｆ１と、ステップ１１２において算出した計算値である共振周波数ｆ２とを比較する。この場合、実測値と計算値の共振周波数同士のみを比較するだけではなく、ステップ１１２において表面振動の分布図を算出している場合には、実測した試料１１の表面振動の分布図と計算により得た表面振動の分布図とを比較してもよい。 Next, in step 114 (S114), the resonance frequency f1 of the sample 11 that is an actual measurement value is compared with the resonance frequency f2 that is a calculation value calculated in step 112. In this case, not only the resonance frequencies of the actually measured value and the calculated value are compared with each other, but also when the distribution diagram of the surface vibration is calculated in step 112, the distribution diagram and calculation of the surface vibration of the actually measured sample 11 are used. You may compare with the obtained distribution map of surface vibration.

次に、ステップ１１６（Ｓ１１６）において、ステップ１１２において算出した計算値である共振周波数ｆ２の値と、実測値である試料１１の共振周波数ｆ１の値とが略一致しているか否かを判断する。計算値である共振周波数ｆ２の値と実測値である共振周波数ｆ１の値とが略一致しているか否かについては、共振周波数ｆ２の値が共振周波数ｆ１を基準として一定の範囲内に含まれているか否かにより判断してもよい。計算値である共振周波数ｆ２の値と実測値である共振周波数ｆ１の値とが略一致しているものと判断された場合には、ステップ１１０において作成したＦＥＭ計算モデルは、試料１１の構造を反映しているものと判断され終了する。また、計算値である共振周波数ｆ２の値と実測値である共振周波数ｆ１の値とが略一致していないものと判断された場合には、ステップ１１０に移行する。尚、上述のとおり共振周波数同士のみを比較するだけではなく、ステップ１１２において表面振動の分布図を算出している場合には、実測した試料１１の表面振動の分布図と計算により得た表面振動の分布図とを比較し判断してもよい。 Next, in step 116 (S116), it is determined whether or not the value of the resonance frequency f2 that is the calculated value calculated in step 112 and the value of the resonance frequency f1 of the sample 11 that is the actual measurement value substantially match. . As to whether or not the calculated value of the resonance frequency f2 and the actually measured value of the resonance frequency f1 are substantially the same, the value of the resonance frequency f2 is included in a certain range with respect to the resonance frequency f1. You may judge by whether or not. When it is determined that the calculated value of the resonance frequency f2 and the actually measured value of the resonance frequency f1 are substantially the same, the FEM calculation model created in step 110 shows the structure of the sample 11. It is determined that it is reflected and the process ends. If it is determined that the calculated value of the resonance frequency f2 and the actually measured value of the resonance frequency f1 do not substantially match, the routine proceeds to step 110. In addition to comparing only the resonance frequencies as described above, when the surface vibration distribution map is calculated in step 112, the surface vibration distribution map of the measured sample 11 and the surface vibration obtained by the calculation are calculated. It may be judged by comparing with the distribution map of.

この判断について具体的に説明する。図４（ａ）は、図４（ｂ）に示すようにシリコン基板等に欠陥が存在していない場合におけるＦＥＭにより得られた表面振動の分布図であり、この場合の共振周波数は、２．４２ＭＨｚと算出される。一方、図５（ａ）は、図５（ｂ）に示すようにシリコン基板等にボイド等の欠陥が存在している場合におけるＦＥＭにより得られた表面振動の分布図であり、この場合の共振周波数は、２．４３ＭＨｚと算出される。試料１１における実測値の共振周波数ｆ１の値は２．４３ＭＨｚであることから、図５に示す場合の共振周波数と一致している。また、図１に示す試料１１の表面振動の分布図とＦＥＭ計算モデルにより得た表面振動の分布図とを比較すると、図１に示す試料１１の表面振動の分布図は、図４（ａ）に示す表面振動の分布図よりも、図５（ａ）に示す表面振動の分布図により近いパターンである。従って、図５（ａ）の表面振動の分布図を得るためのＦＥＭ計算モデルは、試料１１の内部構造を表しているものと判断される。よって、図５（ｂ）に示すように、試料１１であるシリコン基板等の内部には、ボイドが存在しているものと判断される。 This determination will be specifically described. FIG. 4A is a distribution diagram of surface vibration obtained by FEM in the case where no defect exists in the silicon substrate or the like as shown in FIG. Calculated as 42 MHz. On the other hand, FIG. 5A is a distribution diagram of surface vibrations obtained by FEM in the case where defects such as voids exist in a silicon substrate or the like as shown in FIG. The frequency is calculated as 2.43 MHz. Since the value of the actually measured resonance frequency f1 in the sample 11 is 2.43 MHz, it matches the resonance frequency in the case shown in FIG. Further, comparing the distribution diagram of the surface vibration of the sample 11 shown in FIG. 1 with the distribution diagram of the surface vibration obtained by the FEM calculation model, the distribution diagram of the surface vibration of the sample 11 shown in FIG. 5 is closer to the surface vibration distribution diagram shown in FIG. 5A than the surface vibration distribution diagram shown in FIG. Therefore, it is determined that the FEM calculation model for obtaining the distribution diagram of the surface vibration shown in FIG. 5A represents the internal structure of the sample 11. Therefore, as shown in FIG. 5B, it is determined that a void exists inside the silicon substrate or the like that is the sample 11.

尚、ステップ１１４及びステップ１１６における計算値と実測値の比較及び判断には、カイ２乗検定を利用してもよい。この場合、ステップ１１６において、計算値である共振周波数ｆ２の値と実測値である共振周波数ｆ１の値とが略一致しているか否かではなく、カイ２乗値が極小となるＦＥＭ計算モデルが、実際の試料１１の内部構造に合致しているものと判断される。 Note that the chi-square test may be used for comparison and determination of the calculated value and the actually measured value in step 114 and step 116. In this case, in step 116, the FEM calculation model in which the chi-square value is minimized, not whether or not the value of the resonance frequency f2 that is the calculated value and the value of the resonance frequency f1 that is the actually measured value are substantially the same. It is determined that the actual internal structure of the sample 11 is matched.

このようにして得られたＦＥＭ計算のモデルは、試料１１の構造を反映しているものである。従って、ＦＥＭ計算モデルを用いることにより、試料１１の内部深くに欠陥、ボイド、穴等が存在している場合においても、これらの欠陥、ボイド、穴等を高い分解能で測定し検出することができる。 The model of FEM calculation obtained in this way reflects the structure of the sample 11. Therefore, by using the FEM calculation model, even when defects, voids, holes, etc. exist deep inside the sample 11, these defects, voids, holes, etc. can be measured and detected with high resolution. .

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における内部構造測定方法は、試料１１の表面に比較的凹凸等が多く形成されている場合に適した測定方法である。図６に基づき本実施の形態における内部構造測定方法について説明する。尚、本実施の形態における内部構造測定方法は、第１の実施の形態における内部構造測定装置を用いて行うものである。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The internal structure measurement method in the present embodiment is a measurement method suitable for a case where a relatively large number of irregularities are formed on the surface of the sample 11. The internal structure measuring method in the present embodiment will be described based on FIG. In addition, the internal structure measuring method in this Embodiment is performed using the internal structure measuring apparatus in 1st Embodiment.

最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）において、基準となる基準試料の共振周波数を測定する。具体的には、基準となる基準試料に印加される超音波を低周波から高周波に変化させ、レーザドップラ計測器により、振幅が最大になる周波数を共振周波数とし、共振周波数ｆ０を測定する。尚、基準試料の共振周波数の測定は、図１に示す内部構造測定装置においても行うことが可能である。具体的には、基準試料を試料設置部１２に設置し、高周波信号発生部２２からの超音波に基づき振動部１３を振動させ、これに伴い基準試料を振動させる。この際、装置制御部２３において高周波信号発生部２２を制御することにより、高周波信号発生部２２より発生させる超音波を低周波から高周波へと変化させる。基準試料の表面振動がカンチレバ１５に伝達され、基準試料における振幅が最大となる周波数を共振周波数とし、共振周波数ｆ０を得ることができる。また、本実施の形態では、基準試料としては、欠陥等のないシリコン基板等が用いられる。 First, in step 202 (S202), the resonance frequency of a reference sample serving as a reference is measured. Specifically, the ultrasonic wave applied to the reference sample serving as a reference is changed from a low frequency to a high frequency, and the resonance frequency f0 is measured by using a laser Doppler measuring instrument as the resonance frequency. Note that the resonance frequency of the reference sample can also be measured by the internal structure measuring apparatus shown in FIG. Specifically, the reference sample is set on the sample setting unit 12, and the vibrating unit 13 is vibrated based on the ultrasonic wave from the high frequency signal generating unit 22, and the reference sample is vibrated accordingly. At this time, the apparatus control unit 23 controls the high frequency signal generation unit 22 to change the ultrasonic wave generated from the high frequency signal generation unit 22 from a low frequency to a high frequency. The surface vibration of the reference sample is transmitted to the cantilever 15, and the resonance frequency f0 can be obtained by setting the frequency at which the amplitude in the reference sample is maximum as the resonance frequency. In this embodiment, a silicon substrate or the like having no defect is used as the reference sample.

次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、測定対象となる試料１１の共振周波数を測定する。具体的には、ステップ２０２と同様の方法、即ち、レーザドップラ計測器を用いた方法または、図１に示す内部構造測定装置を用いた方法により試料１１の共振周波数ｆ１を測定する。尚、試料１１は、測定対象となるものであり、例えば、欠陥等が含まれている可能性のあるシリコン基板や、シリコン基板上に成膜等されているものが含まれている場合がある。 Next, in step 204 (S204), the resonance frequency of the sample 11 to be measured is measured. Specifically, the resonance frequency f1 of the sample 11 is measured by the same method as in step 202, that is, a method using a laser Doppler measuring instrument or a method using the internal structure measuring apparatus shown in FIG. Note that the sample 11 is a measurement target, and may include, for example, a silicon substrate that may contain a defect or the like, or a film that is formed on the silicon substrate. .

次に、ステップ２０６（Ｓ２０６）において、測定試料である試料１１の内部に欠陥等が存在しているか否かが判断される。具体的には、基準試料の共振周波数ｆ０と試料１１の共振周波数ｆ１とが略一致している場合には、試料１１の内部には欠陥等が存在していないものと判断され終了する。一方、基準試料の共振周波数ｆ０と試料１１の共振周波数ｆ１とが略一致していない場合には、試料１１の内部には欠陥等が存在しているものと判断され、試料１１の内部構造を測定するためステップ２０８に移行する。 Next, in step 206 (S206), it is determined whether or not a defect or the like exists in the sample 11 that is a measurement sample. Specifically, when the resonance frequency f0 of the reference sample and the resonance frequency f1 of the sample 11 substantially coincide with each other, it is determined that there is no defect or the like in the sample 11, and the process ends. On the other hand, when the resonance frequency f0 of the reference sample and the resonance frequency f1 of the sample 11 do not substantially coincide with each other, it is determined that a defect or the like exists in the sample 11, and the internal structure of the sample 11 is determined. The process proceeds to step 208 for measurement.

次に、ステップ２０８（Ｓ２０８）において、測定試料である試料１１の表面における凹凸形状を測定する。具体的には、図７に示すように、試料１１は振動させることなく、カンチレバ１５を試料１１表面に接触させて２次元的に計測することにより、試料１１における２次元の表面形状を得る。得られた情報は記録部２７等において記録されている。尚、カンチレバ１５は測定精度を高めるために、例えば、励振部１８において１００ｋＨｚで振動させてもよい。 Next, in step 208 (S208), the uneven shape on the surface of the sample 11 as the measurement sample is measured. Specifically, as shown in FIG. 7, the sample 11 is not vibrated, and the cantilever 15 is brought into contact with the surface of the sample 11 to measure two-dimensionally, thereby obtaining a two-dimensional surface shape of the sample 11. The obtained information is recorded in the recording unit 27 and the like. Note that the cantilever 15 may be vibrated at 100 kHz in the excitation unit 18, for example, in order to increase measurement accuracy.

次に、ステップ２１０（Ｓ２１０）において、試料１１における表面振動の分布図を得る（共振モード測定）。具体的には、図８に示すように、共振周波数ｆ１により試料１１を振動させ、試料１１の表面から一定の距離を離した状態で、試料１１の表面をカンチレバ１５により２次元的に計測する。これにより、試料１１の表面振動の分布図を得ることができる。本実施の形態では、ステップ２０４において得られた試料１１における共振周波数ｆ１で試料１１を振動させ、ステップ２０８において計測された試料１１における２次元の表面形状に沿って一定間隔離れた状態でカンチレバ１５を２次元的に移動させる。これにより、試料１１の表面振動の分布図を得ることができる。具体的には、図８における破線３１に沿ってカンチレバ１５の先端を移動させることにより、試料１１からカンチレバ１５までの距離を一定にすることができ、試料１１の表面振動をカンチレバ１５に均一に伝達することができる。これにより、より正確に試料１１における振幅を検出することができる。また、カンチレバ１５は測定精度を高めるために、例えば、励振部１８において１００ｋＨｚで振動させてもよい。 Next, in step 210 (S210), a distribution map of surface vibrations in the sample 11 is obtained (resonance mode measurement). Specifically, as shown in FIG. 8, the sample 11 is vibrated at the resonance frequency f <b> 1, and the surface of the sample 11 is two-dimensionally measured by the cantilever 15 with a certain distance from the surface of the sample 11. . Thereby, the distribution map of the surface vibration of the sample 11 can be obtained. In the present embodiment, the sample 11 is vibrated at the resonance frequency f1 in the sample 11 obtained in step 204, and the cantilever 15 is separated at a constant interval along the two-dimensional surface shape in the sample 11 measured in step 208. Is moved two-dimensionally. Thereby, the distribution map of the surface vibration of the sample 11 can be obtained. Specifically, by moving the tip of the cantilever 15 along the broken line 31 in FIG. 8, the distance from the sample 11 to the cantilever 15 can be made constant, and the surface vibration of the sample 11 is made uniform on the cantilever 15. Can communicate. Thereby, the amplitude in the sample 11 can be detected more accurately. Further, the cantilever 15 may be vibrated at 100 kHz in the excitation unit 18, for example, in order to increase the measurement accuracy.

次に、ステップ２１２（Ｓ２１２）において、ＦＥＭ計算モデルを作成する。具体的には、ボイド等の欠陥が含まれている場合には、一般に、基準試料の共振周波数ｆ０と試料１１の共振周波数ｆ１とは異なる値となり、また、試料１１の表面振動の分布図において、非対称となる領域を有するパターンとなる。このため、処理部２４または処理部２４内の計算部２５において、試料１１の共振周波数ｆ１及び試料１１の表面振動の分布図に適合するように、ボイド等の欠陥の大きさ及び構造、欠陥濃度を選定しＦＥＭ計算モデルを作成する。 Next, in step 212 (S212), an FEM calculation model is created. Specifically, when defects such as voids are included, generally, the resonance frequency f0 of the reference sample and the resonance frequency f1 of the sample 11 are different from each other, and in the distribution diagram of the surface vibration of the sample 11 A pattern having an asymmetric region is obtained. Therefore, in the processing unit 24 or the calculation unit 25 in the processing unit 24, the size and structure of defects such as voids and the defect concentration so as to match the distribution diagram of the resonance frequency f1 of the sample 11 and the surface vibration of the sample 11. Is selected and an FEM calculation model is created.

次に、ステップ２１４（Ｓ２１４）において、ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数を算出する。具体的には、計算部２５において、ステップ２１２において作成したＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２を算出し、更には、必要に応じてＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布図を得る。 Next, in step 214 (S214), the resonance frequency in the FEM calculation model is calculated. Specifically, the calculation unit 25 calculates the resonance frequency f2 in the FEM calculation model created in step 212, and further obtains a surface vibration distribution map of the FEM calculation model as necessary.

次に、ステップ２１６（Ｓ２１６）において、実測値である試料１１の共振周波数ｆ１と、ステップ２１４において算出した計算値である共振周波数ｆ２とを比較する。この場合、実測値と計算値の共振周波数同士のみを比較するだけではなく、ステップ２１４において表面振動の分布図を算出している場合には、実測した試料１１の表面振動の分布図と計算により得た表面振動の分布図とを比較してもよい。 Next, in step 216 (S216), the resonance frequency f1 of the sample 11 that is an actual measurement value is compared with the resonance frequency f2 that is a calculation value calculated in step 214. In this case, not only the resonance frequencies of the actually measured value and the calculated value are compared, but also when the distribution diagram of the surface vibration is calculated in step 214, the distribution diagram and calculation of the surface vibration of the measured sample 11 are used. You may compare with the obtained distribution map of surface vibration.

次に、ステップ２１８（Ｓ２１８）において、ステップ２１４において算出した計算値である共振周波数ｆ２の値と、実測値である試料１１の共振周波数ｆ１の値とが略一致しているか否かを判断する。計算値である共振周波数ｆ２の値と実測値である共振周波数ｆ１の値とが略一致しているか否かについては、共振周波数ｆ２の値が共振周波数ｆ１を基準として一定の範囲内に含まれているか否かにより判断してもよい。計算値である共振周波数ｆ２の値と実測値である共振周波数ｆ１の値とが略一致しているものと判断された場合には、ステップ２１２において作成したＦＥＭ計算モデルは、試料１１の構造を反映しているものと判断され終了する。また、計算値である共振周波数ｆ２の値と実測値である共振周波数ｆ１の値とが略一致していないものと判断された場合には、ステップ２１２に移行する。尚、上述のとおり共振周波数同士のみを比較するだけではなく、ステップ２１４において表面振動の分布図を算出している場合には、実測した試料１１の表面振動の分布図と計算により得た表面振動の分布図とを比較し判断してもよい。 Next, in step 218 (S218), it is determined whether or not the value of the resonance frequency f2 that is the calculated value calculated in step 214 is substantially equal to the value of the resonance frequency f1 of the sample 11 that is the actual measurement value. . As to whether or not the calculated value of the resonance frequency f2 and the actually measured value of the resonance frequency f1 are substantially the same, the value of the resonance frequency f2 is included in a certain range with respect to the resonance frequency f1. You may judge by whether or not. If it is determined that the calculated value of the resonance frequency f2 and the actually measured value of the resonance frequency f1 are substantially the same, the FEM calculation model created in step 212 shows the structure of the sample 11. It is determined that it is reflected and the process ends. If it is determined that the calculated value of the resonance frequency f2 and the actually measured value of the resonance frequency f1 do not substantially match, the process proceeds to step 212. In addition to comparing only the resonance frequencies as described above, when the distribution diagram of the surface vibration is calculated in step 214, the distribution diagram of the surface vibration of the sample 11 measured and the surface vibration obtained by the calculation are calculated. It may be judged by comparing with the distribution map of.

尚、ステップ２１６及びステップ２１８における計算値と実測値の比較及び判断には、カイ２乗検定を利用してもよい。この場合、ステップ２１８において、計算値が所定の範囲内であるか否かではなく、カイ２乗値が極小となるＦＥＭ計算モデルが、実際の試料１１の内部構造に合致しているものと判断される。 It should be noted that a chi-square test may be used for comparison and determination between the calculated value and the actually measured value in step 216 and step 218. In this case, in step 218, it is determined that the FEM calculation model in which the chi-square value is minimal matches the actual internal structure of the sample 11 instead of whether or not the calculated value is within a predetermined range. Is done.

このようにして得られたＦＥＭ計算モデルは、試料１１の構造を反映しているものであり、試料１１の内部深くに欠陥、ボイド、穴等が存在している場合、これらの欠陥、ボイド、穴等を高い分解能で測定し検出することができる。 The FEM calculation model obtained in this way reflects the structure of the sample 11, and when there are defects, voids, holes, etc. deep inside the sample 11, these defects, voids, Holes and the like can be measured and detected with high resolution.

第１及び第２の実施の形態においては、試料の内部における微小な構造を高分解能で測定することができる。従って、試料を破壊することなく、試料内部に存在するナノ粒子、転位、ボイド等のナノ構造の情報を得ることができる。 In the first and second embodiments, a minute structure inside the sample can be measured with high resolution. Therefore, it is possible to obtain information on nanostructures such as nanoparticles, dislocations, and voids existing inside the sample without destroying the sample.

特に、第２の実施の形態においては、試料１１を超音波で振動させた状態で、カンチレバ１５を試料１１に接触させることがないため、試料１１にダメージを与えることなく、非破壊で試料の内部構造を高分解能で測定することができる。従って、強度の弱い薄膜、有機材料、細胞等における内部構造の測定に適している。 In particular, in the second embodiment, since the cantilever 15 is not brought into contact with the sample 11 in a state where the sample 11 is vibrated with ultrasonic waves, the sample 11 is not destroyed and is not destroyed. The internal structure can be measured with high resolution. Therefore, it is suitable for the measurement of the internal structure of a thin film, organic material, cell, etc. having low strength.

また、第１及び第２の実施の形態は、振動場（音場）を利用した測定方法であることから、電磁場の影響を受けることがない。従って、ＳＰＭを利用したＳＣＭ（Scanning Capacitance Microscope）、ＳＳＲＭ（Scanning Spread Resistance Microscope）、ＥＦＭ（Electrostatic Force Microscope）等による電場解析、ＭＦＭ（Magnetic Force Microscope）等による磁場解析を同時に行うことができる。これにより、複数の測定や解析を短時間に行うことができ、試料の測定や解析を低コストで行うことが可能となる。 In addition, since the first and second embodiments are measurement methods using a vibration field (sound field), they are not affected by an electromagnetic field. Therefore, an electric field analysis using an SCM (Scanning Capacitance Microscope), an SRM (Scanning Spread Resistance Microscope), an EFM (Electrostatic Force Microscope) or the like using an SPM, and a magnetic field analysis using an MFM (Magnetic Force Microscope) can be performed simultaneously. Thereby, a plurality of measurements and analyzes can be performed in a short time, and the measurement and analysis of the sample can be performed at low cost.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
試料の共振周波数ｆ１を測定する共振周波数測定工程と、
前記試料の共振周波数ｆ１により前記試料を振動させ、前記試料に接触させたカンチレバを介し前記試料における表面振動の分布を計測する表面計測工程と、
前記試料における表面振動の分布に基づき前記試料のＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２を算出する共振周波数算出工程と、
前記共振周波数ｆ１と前記共振周波数ｆ２とを比較する共振周波数比較工程と、
を有し、共振周波数比較工程において、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しくない場合には、前記試料の表面振動の分布に基づき前記ＦＥＭ計算モデルに変更を加えて再度共振周波数算出工程及び共振周波数比較工程を行い、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しい場合には、前記ＦＥＭ計算モデルを前記試料の構造とみなすことを特徴とする内部構造測定方法。
（付記２）
試料の共振周波数ｆ１を測定する共振周波数測定工程と、
前記試料に接触させたカンチレバを介し前記試料の表面状態を計測する第１の表面計測工程と、
前記試料の共振周波数ｆ１により前記試料を振動させ、前記試料の表面と一定の距離離した状態で、前記カンチレバを介し前記試料における表面振動の分布を計測する第２の表面計測工程と、
前記試料における表面振動の分布に基づき前記試料のＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２を算出する共振周波数算出工程と、
前記共振周波数ｆ１と前記共振周波数ｆ２とを比較する共振周波数比較工程と、
を有し、共振周波数比較工程において、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しくない場合には、前記試料の表面振動の分布に基づき前記ＦＥＭ計算モデルに変更を加え再度共振周波数算出工程及び共振周波数比較工程を行い、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しい場合には、前記ＦＥＭ計算モデルを前記試料の構造とみなすことを特徴とする内部構造測定方法。
（付記３）
前記第２の表面計測工程において、前記カンチレバは、前記第１の表面計測工程において計測された前記試料の表面状態の形状に基づいて、一定距離を離した状態で移動させることを特徴とする付記２に記載の内部構造測定方法。
（付記４）
前記第１の表面計測工程において、前記カンチレバは、前記共振周波数ｆ１とは異なる周波数により振動させることを特徴とする付記２または３に記載の内部構造測定方法。
（付記５）
前記第２の表面計測工程において、前記カンチレバは、前記共振周波数ｆ１とは異なる周波数により振動させることを特徴とする付記２から４のいずれかに記載の内部構造測定方法。
（付記６）
前記カンチレバにおける前記試料と前記カンチレバとの接触している側と反対側の面にレーザ光を照射し、前記反対側の面において反射したレーザ光を検出することにより、前記試料の表面振動の分布を計測することを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の内部構造測定方法。
（付記７）
前記共振周波数算出工程において、前記試料のＦＥＭ計算モデルを作成する際に、前記ＦＥＭ計算モデルにボイド、空孔又は転位の欠陥を加えることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の内部構造測定方法。
（付記８）
前記共振周波数測定工程の前に、前記試料とは異なる欠陥の存在しない基準試料の共振周波数ｆ０を測定する基準試料共振周波数測定工程と、
前記基準試料の共振周波数ｆ０と前記試料の共振周波数ｆ１とを比較する初期共振周波数比較工程と、
を有することを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の内部構造測定方法。
（付記９）
前記共振周波数算出工程は、前記ＦＥＭ計算モデルを前記共振周波数ｆ２により振動させた場合における前記ＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布も得ることができるものであって、
前記共振周波数比較工程において、前記試料の表面振動の分布と、前記ＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布とを比較し、前記試料の表面振動の分布と、前記ＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布とが略等しくない場合には、前記ＦＥＭ計算モデルに変更を加え再び共振周波数算出工程及び共振周波数比較工程を行い、前記試料の表面振動の分布と、前記ＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布とが略等しい場合には、前記ＦＥＭ計算モデルを前記試料の構造とみなすことを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の内部構造測定方法。
（付記１０）
試料を前記試料の共振周波数ｆ１により共振させる振動部と、
前記試料の表面に接触または前記試料の鏡面より一定距離離れた状態で、前記試料の表面振動の分布を計測するためのカンチレバと、
前記試料の表面振動の分布に基づき前記試料におけるＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２及び前記ＦＥＭ計算モデルにおける表面振動の分布を算出する算出部と、
前記試料の共振周波数ｆ１と前記算出部において算出した共振周波数ｆ２とを比較する比較判定部と、
を有することを特徴とする内部構造測定装置。
（付記１１）
前記カンチレバにおける前記試料と前記カンチレバとの接触している側と反対側の面にレーザ光を照射し、前記反対側の面において反射したレーザ光を検出することにより、前記試料の表面振動の分布を計測することを特徴とする付記１０に記載の内部構造測定装置。 In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A resonance frequency measurement step of measuring the resonance frequency f1 of the sample;
A surface measurement step of vibrating the sample at a resonance frequency f1 of the sample and measuring a distribution of surface vibrations in the sample via a cantilever brought into contact with the sample;
Creating a FEM calculation model of the sample based on the distribution of surface vibrations in the sample, and calculating a resonance frequency f2 in the FEM calculation model;
A resonance frequency comparison step of comparing the resonance frequency f1 and the resonance frequency f2.
In the resonance frequency comparison step, if the value of the resonance frequency f1 is not substantially equal to the value of the resonance frequency f2, the FEM calculation model is changed based on the distribution of the surface vibration of the sample. The resonance frequency calculation step and the resonance frequency comparison step are performed again, and when the value of the resonance frequency f1 is substantially equal to the value of the resonance frequency f2, the FEM calculation model is regarded as the structure of the sample. Internal structure measurement method.
(Appendix 2)
A resonance frequency measurement step of measuring the resonance frequency f1 of the sample;
A first surface measurement step of measuring the surface state of the sample via a cantilever brought into contact with the sample;
A second surface measurement step of oscillating the sample at a resonance frequency f1 of the sample and measuring a distribution of surface vibrations in the sample via the cantilever in a state separated from the surface of the sample by a certain distance;
Creating a FEM calculation model of the sample based on the distribution of surface vibrations in the sample, and calculating a resonance frequency f2 in the FEM calculation model;
A resonance frequency comparison step of comparing the resonance frequency f1 and the resonance frequency f2.
In the resonance frequency comparison step, when the value of the resonance frequency f1 and the value of the resonance frequency f2 are not substantially equal, the FEM calculation model is changed again based on the surface vibration distribution of the sample. A resonance frequency calculation step and a resonance frequency comparison step are performed, and when the value of the resonance frequency f1 is substantially equal to the value of the resonance frequency f2, the FEM calculation model is regarded as the structure of the sample. Structure measurement method.
(Appendix 3)
In the second surface measurement step, the cantilever is moved in a state separated by a certain distance based on the shape of the surface state of the sample measured in the first surface measurement step. 2. The internal structure measuring method according to 2.
(Appendix 4)
4. The internal structure measuring method according to appendix 2 or 3, wherein, in the first surface measurement step, the cantilever is vibrated at a frequency different from the resonance frequency f1.
(Appendix 5)
The internal structure measuring method according to any one of appendices 2 to 4, wherein, in the second surface measurement step, the cantilever is vibrated at a frequency different from the resonance frequency f1.
(Appendix 6)
The surface vibration distribution of the sample is detected by irradiating the surface of the cantilever opposite to the side where the sample and the cantilever are in contact with the laser beam and detecting the laser beam reflected on the opposite surface. The internal structure measuring method according to any one of appendices 1 to 5, characterized in that:
(Appendix 7)
In the resonance frequency calculation step, when creating an FEM calculation model of the sample, voids, vacancies, or dislocation defects are added to the FEM calculation model. Structure measurement method.
(Appendix 8)
Before the resonance frequency measurement step, a reference sample resonance frequency measurement step of measuring a resonance frequency f0 of a reference sample having no defects different from the sample;
An initial resonance frequency comparison step of comparing the resonance frequency f0 of the reference sample with the resonance frequency f1 of the sample;
The internal structure measuring method according to any one of appendices 1 to 7, wherein:
(Appendix 9)
The resonance frequency calculation step can also obtain a distribution of surface vibrations of the FEM calculation model when the FEM calculation model is vibrated at the resonance frequency f2.
In the resonance frequency comparison step, the surface vibration distribution of the sample is compared with the surface vibration distribution of the FEM calculation model, and the surface vibration distribution of the sample and the surface vibration distribution of the FEM calculation model are obtained. If they are not approximately equal, the FEM calculation model is changed and the resonance frequency calculation step and the resonance frequency comparison step are performed again. The surface vibration distribution of the sample and the surface vibration distribution of the FEM calculation model are approximately equal. In the case, the internal structure measuring method according to any one of appendices 1 to 8, wherein the FEM calculation model is regarded as a structure of the sample.
(Appendix 10)
A vibrating section for causing the sample to resonate at the resonance frequency f1 of the sample;
A cantilever for measuring the surface vibration distribution of the sample in contact with the surface of the sample or at a distance from the mirror surface of the sample;
A FEM calculation model for the sample based on the surface vibration distribution of the sample;
A comparison / determination unit that compares the resonance frequency f1 of the sample with the resonance frequency f2 calculated by the calculation unit;
An internal structure measuring device comprising:
(Appendix 11)
The surface vibration distribution of the sample is detected by irradiating the surface of the cantilever opposite to the side where the sample and the cantilever are in contact with the laser beam and detecting the laser beam reflected on the opposite surface. 11. The internal structure measuring device according to appendix 10, wherein the internal structure measuring device is measured.

１１試料
１２試料設置部
１３振動部
１４３次元ステージ
１５カンチレバ
１６レーザ光源
１７光検出器
１８励振部
１９ＸＹ軸駆動回路
２０Ｚ軸駆動回路
２１振動検出部
２２高周波信号発生器
２３装置制御部
２４処理部
２５計算部
２６比較判定部
２７記録部
２８表示部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Sample 12 Sample installation part 13 Vibration part 14 Three-dimensional stage 15 Cantilever 16 Laser light source 17 Photodetector 18 Excitation part 19 XY axis drive circuit 20 Z axis drive circuit 21 Vibration detection part 22 High frequency signal generator 23 Device control part 24 Process Unit 25 calculation unit 26 comparison determination unit 27 recording unit 28 display unit

Claims

試料の共振周波数ｆ１を測定する共振周波数測定工程と、
前記試料の共振周波数ｆ１により前記試料を振動させ、前記試料に接触させたカンチレバを介し前記試料における表面振動の分布を計測する表面計測工程と、
前記試料における表面振動の分布に基づき前記試料のＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２を算出する共振周波数算出工程と、
前記共振周波数ｆ１と前記共振周波数ｆ２とを比較する共振周波数比較工程と、
を有し、共振周波数比較工程において、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しくない場合には、前記試料の表面振動の分布に基づき前記ＦＥＭ計算モデルに変更を加えて再度共振周波数算出工程及び共振周波数比較工程を行い、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しい場合には、前記ＦＥＭ計算モデルを前記試料の構造とみなすことを特徴とする内部構造測定方法。 A resonance frequency measurement step of measuring the resonance frequency f1 of the sample;
A surface measurement step of vibrating the sample at a resonance frequency f1 of the sample and measuring a distribution of surface vibrations in the sample via a cantilever brought into contact with the sample;
Creating a FEM calculation model of the sample based on the distribution of surface vibrations in the sample, and calculating a resonance frequency f2 in the FEM calculation model;
A resonance frequency comparison step of comparing the resonance frequency f1 and the resonance frequency f2.
In the resonance frequency comparison step, if the value of the resonance frequency f1 is not substantially equal to the value of the resonance frequency f2, the FEM calculation model is changed based on the distribution of the surface vibration of the sample. The resonance frequency calculation step and the resonance frequency comparison step are performed again, and when the value of the resonance frequency f1 is substantially equal to the value of the resonance frequency f2, the FEM calculation model is regarded as the structure of the sample. Internal structure measurement method.

試料の共振周波数ｆ１を測定する共振周波数測定工程と、
前記試料に接触させたカンチレバを介し前記試料の表面状態を計測する第１の表面計測工程と、
前記試料の共振周波数ｆ１により前記試料を振動させ、前記試料の表面と一定の距離離した状態で、前記カンチレバを介し前記試料における表面振動の分布を計測する第２の表面計測工程と、
前記試料における表面振動の分布に基づき前記試料のＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２を算出する共振周波数算出工程と、
前記共振周波数ｆ１と前記共振周波数ｆ２とを比較する共振周波数比較工程と、
を有し、共振周波数比較工程において、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しくない場合には、前記試料の表面振動の分布に基づき前記ＦＥＭ計算モデルに変更を加え再度共振周波数算出工程及び共振周波数比較工程を行い、前記共振周波数ｆ１の値と前記共振周波数ｆ２の値とが略等しい場合には、前記ＦＥＭ計算モデルを前記試料の構造とみなすことを特徴とする内部構造測定方法。 A resonance frequency measurement step of measuring the resonance frequency f1 of the sample;
A first surface measurement step of measuring the surface state of the sample via a cantilever brought into contact with the sample;
A second surface measurement step of oscillating the sample at a resonance frequency f1 of the sample and measuring a distribution of surface vibrations in the sample via the cantilever in a state separated from the surface of the sample by a certain distance;
Creating a FEM calculation model of the sample based on the distribution of surface vibrations in the sample, and calculating a resonance frequency f2 in the FEM calculation model;
A resonance frequency comparison step of comparing the resonance frequency f1 and the resonance frequency f2.
In the resonance frequency comparison step, when the value of the resonance frequency f1 and the value of the resonance frequency f2 are not substantially equal, the FEM calculation model is changed again based on the surface vibration distribution of the sample. A resonance frequency calculation step and a resonance frequency comparison step are performed, and when the value of the resonance frequency f1 is substantially equal to the value of the resonance frequency f2, the FEM calculation model is regarded as the structure of the sample. Structure measurement method.

前記カンチレバにおける前記試料と前記カンチレバとの接触している側と反対側の面にレーザ光を照射し、前記反対側の面において反射したレーザ光を検出することにより、前記試料の表面振動の分布を計測することを特徴とする請求項１または２に記載の内部構造測定方法。 The surface vibration distribution of the sample is detected by irradiating the surface of the cantilever opposite to the side where the sample and the cantilever are in contact with the laser beam and detecting the laser beam reflected on the opposite surface. The internal structure measuring method according to claim 1, wherein the internal structure is measured.

前記共振周波数算出工程は、前記ＦＥＭ計算モデルを前記共振周波数ｆ２により振動させた場合における前記ＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布も得ることができるものであって、
前記共振周波数比較工程において、前記試料の表面振動の分布と、前記ＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布とを比較し、前記試料の表面振動の分布と、前記ＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布とが略等しくない場合には、前記ＦＥＭ計算モデルに変更を加え再び共振周波数算出工程及び共振周波数比較工程を行い、前記試料の表面振動の分布と、前記ＦＥＭ計算モデルの表面振動の分布とが略等しい場合には、前記ＦＥＭ計算モデルを前記試料の構造とみなすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内部構造測定方法。 The resonance frequency calculation step can also obtain a distribution of surface vibrations of the FEM calculation model when the FEM calculation model is vibrated at the resonance frequency f2.
In the resonance frequency comparison step, the surface vibration distribution of the sample is compared with the surface vibration distribution of the FEM calculation model, and the surface vibration distribution of the sample and the surface vibration distribution of the FEM calculation model are obtained. If they are not approximately equal, the FEM calculation model is changed and the resonance frequency calculation step and the resonance frequency comparison step are performed again. The surface vibration distribution of the sample and the surface vibration distribution of the FEM calculation model are approximately equal. In this case, the internal structure measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the FEM calculation model is regarded as a structure of the sample.

試料を前記試料の共振周波数ｆ１により共振させる振動部と、
前記試料の表面に接触または前記試料の表面より一定距離離れた状態で、前記試料の表面振動の分布を計測するためのカンチレバと、
前記試料の表面振動の分布に基づき前記試料におけるＦＥＭ計算モデルを作成し、前記ＦＥＭ計算モデルにおける共振周波数ｆ２及び前記ＦＥＭ計算モデルにおける表面振動の分布を算出する算出部と、
前記試料の共振周波数ｆ１と前記算出部において算出した共振周波数ｆ２とを比較する比較判定部と、
を有することを特徴とする内部構造測定装置。 A vibrating section for causing the sample to resonate at the resonance frequency f1 of the sample;
In certain distance away than that the front surface of the contact or the sample surface of the sample, the cantilever for measuring the distribution of surface vibration of the sample,
A calculation unit that creates an FEM calculation model in the sample based on a distribution of surface vibrations of the sample, and calculates a resonance frequency f2 in the FEM calculation model and a distribution of surface vibrations in the FEM calculation model;
A comparison / determination unit that compares the resonance frequency f1 of the sample with the resonance frequency f2 calculated by the calculation unit;
An internal structure measuring device comprising:

前記カンチレバにおける前記試料と前記カンチレバとの接触している側と反対側の面にレーザ光を照射し、前記反対側の面において反射したレーザ光を検出することにより、前記試料の表面振動の分布を計測することを特徴とする請求項５に記載の内部構造測定装置。 The surface vibration distribution of the sample is detected by irradiating the surface of the cantilever opposite to the side where the sample and the cantilever are in contact with the laser beam and detecting the laser beam reflected on the opposite surface. The internal structure measuring device according to claim 5, wherein: